«Совершенствование технологии обработки титаны» (стр. 5 )

Так же рекомендуется применять хлорированные СОЖ, которые существенно уменьшают адгезию.[16]

Кроме того, для повышения стойкости инструмента опробуются твердые смазки  на основе дисульфида молибдена, наносимые на рабочие поверхности инструмента. Применение  дисульфида молибдена позволяет повысить стойкость фрез, сверл, метчиков в 3-4 раза вследствие снижения наростообразования и улучшения условий резания.[6]

1.4.2. Упрочнение инструментов для обработки титановых сплавов

Одним из важных факторов, определяющих производительность обработки резанием и высокое качество обработанных изделий, является стойкость режущего инструмента: сохранение геометрии режущей кромки и высокой твердости поверхностного слоя в работе.

Основными требованиями, предъявляемыми к инструментальному материалу для обработки титановых сплавов, являются повышенная прочность и вязкость, в сочетании с достаточно высокой твердостью, низкая химическая активность к обрабатываемому материалу, высокая теплостойкость и стойкость к наростообразованию.

Существенным резервом повышения производительности обработки титановых сплавов и повышения износостойкости инструмента является упрочнение инструмента путем нанесения износостойких покрытий.

Для обработки титановых сплавов применяются одно-

двух - и многослойные покрытия, которые считаются наиболее перспективными.

Эти покрытия имеют верхний слой из твердых материалов TiCN, Al2O3,BN и других и вязкие промежуточные зоны, а также покрытия с постепенным изменением состава по толщине слоя.[6]

Подобные покрытия предохраняют инструмент от абразивного и адгезионного износа, уменьшают отслаивание и скалываемость инструмента.

Выявлено, что состав износостойких покрытий существенно влияет на процессы, проистекающие на контактных площадках инструмента. Покрытия сложного состава благодаря высокой трещинностойкости, прочностным свойствам, высокому уровню сжимающих и остаточных напряжений сдерживают процессы развития и образования трещин. Уровень контактных и тепловых нагрузок в сочетании с более высокой сопротивляемостью покрытий сложного состава к процессам трещинообразования является одной из причин более высокой работоспособности инструмента с такими покрытиями. Направленным изменением свойств покрытия путем легирования или изменения состава газовой среды  можно управлять термомеханической напряженностью режущего клина инструмента, сдерживать процессы трещиннообразования и разрушения.[10]

Многочисленные исследования в области применения различных износостойких покрытий проводились в странах СНГ.

Так  учеными и были проведены исследования композиционных, многослойных покрытий, предназначенных для обработки труднообрабатываемых материалов. При этом кристаллохимические свойства и состав элементов соединении выбирали такими, чтобы обеспечить максимальное снижение склонности к схватыванию с обрабатываемым материалом. Как известно, эта склонность снижается при достаточно сильном отличии кристаллохимического строении контактирующей пары. Так, оказалось, что для поверхностных слоев композиционных покрытий оказалось выгодным вводить в их состав соединения (нитриды, карбонитриды, карбиды) VI группы переходных металлов, которые имеют большое количество модифицированных фаз, существенно отличающихся по строению от строения большинства труднообрабатываемых материалов.

Эти слои могут обеспечить высокую пассивность композиционного покрытия к обрабатываемому материалу. Для обеспечения термодинамической устойчивости и создания непрерывного ряда растворимости с внутренними слоями покрытия, непосредственно примыкающими к матрице в поверхностные слои было введено некоторое количество соединении металлов IV и V групп, причем их содержание по глубине покрытия непрерывно возрастало. Это позволило обеспечить высокую прочность сцепления покрытия с инструментальной матрицей.

В результате испытании было выявлено, что для промышленного внедрения целесообразно применять композиционные покрытия на основе соединений титана, циркония и молибдена. Так, при обработке сплава ВТ20  режущими пластинами из ВК6 наилучшие результаты показало покрытие (25% Ti-75%Cr)N. Применение данного покрытия позволяет увеличить скорость резания до v=55-80 м/мин, а стойкость инструмента возросла в 2-2,5 раза. Покрытия наносились методом КИБ.[8]

Исследования, проведенные  в СНГ, выявили перспективность нанесения покрытий на инструмент  с режущей частью из ВК6 покрытий на основе MoN, (Mo+Cr)N, (Nb+Zr)N при  обработке резанием титанового сплава ВТ20.[11]

Было исследовано влияние покрытий на стойкость спирального сверла диаметром 9 мм. В результате исследований выявили: покрытия из Mo, Cr повышают стойкость сверла в 3 раза; покрытия из Mo+ZrN, Cr+ZrN – в 4,5 раза; покрытия из  Mo+TiN-в 3,5 раза; покрытия из Cr+TiN – в 2 раза; покрытия из TiN - в 1,5 раза.[11]

У нас в Республике проводились исследования стойкости инструмента с износостойкими покрытиями, нанесенными по технологии, разработанной , и

Покрытия были сформированы ионно-плазменным методом. Испытания проводились на Ташкентском Авиационном Производственном Объединении имени и дали следующие результаты:

-У  метчиков из Р18  с покрытиями (TiN), (Ti, Cr,)N при нарезании резьбы на титановом сплаве ВТ22 стойкость возросла в 2,6 раз;

-У сверл из Р18 с покрытием TiN  стойкость возросла в 1,8 раз.

-У сверл из Р18 с покрытием (Ti, Cr)N стойкость  возросла в 2 раза.

-У сверл из Р18 с покрытиями на основе трехкомпонентных нитридов хрома и ванадия (V, Cr)2N +(V, Cr)N стойкость возросла в 3,5 раз.[7]

Исследования, проведенные , и показали рост стойкости спиральных сверл из быстрорежущей стали Р6М5К5 с покрытием Mo+ZrN и Cr+ZrN  в 4,5 раза при обработке титанового сплава ВТ20.[17]

В Российской Федерации ведется внедрение инструмента с износостойкими покрытиями, которые наносятся: ионным осаждением в вакууме на установках типа ННВ 6.6-И1, “Булат”, ИЭТ, ПУСК и т. п. при температурах инструмента порядка 400 - 600° С. Толщина покрытий составляет 1-10 мкм. Предназначены: для упрочнения резцов, фрез, сверл, метчиков, развёрток, зенкеров и т. п., изготовленных из термостойких твёрдых сплавов и быстрорежущих сталей. В отличие от известных простых покрытий по типу нитрида (карбида) титана или окислов, разработанные покрытия представляют собой композиции (набор) соединений по типу боридов, силицидов, нитридов и карбидов тугоплавких металлов. Подбором оптимального многофазного состава покрытия для конкретных инструментов и условий эксплуатации достигается износостойкость сравнимая или даже превосходящая показатели лучших образцов импортного инструмента фирм Sandvik Coromant, Metall Werke Piansee и др. Композиционные многофазные покрытия гарантируют повышение износостойкости не менее чем в 2-3 раза и рекомендуется, в первую очередь, для упрочнения инструмента, предназначенного для резания труднообрабатываемых материалов - высоколегированных и закалённых сталей, титановых сплавов и т. п.[15]

Московский Государственный технический университет «Станкин» разрабатывает проект нанесения на инструмент из быстрорежущих сталей износостойких покрытий.

Целью проекта является разработка технологии повышения работоспособности и надежности инструмента из быстрорежущей стали и концепции комплексной упрочняющей обработки на базе исследований контактных процессов и теплового состояния инструмента при резании различных материалов.
Формирование диффузионной термостабильной зоны толщиной 30-50 мкм на границе раздела покрытие — инструмент позволяет сохранить формоустойчивость режущего клина при повышенных температурах, возникающих при резании труднообрабатываемых материалов, и обеспечивает благоприятные условия для работы покрытия (толщиной 3- 10 мкм).
Использование инструмента из быстрорежущей стали с комплексной обработкой на операциях механическойобработки металлов обеспечивает:
• повышение производительности обработки резанием на 75-100%;
• повышение стойкости инструмента в 4-6 раз при резании конструкционных сталей, в 2.5-3,5 раза — при резании корозиоинно-стойких и жаропрочных сталей, в 2-2,5 раза — при обработке никелевых и титановых сплавов;
• сокращение расхода сложнопрофильного инструмента на 30% вследствие увеличения суммарного количества повторных переточек инструмента. Сегмент рынка, где может быть использован режущий инструмент из быстрорежущей стали с многослойным износостойким покрытием: машиностроение, авиастроение, автомобилестроение. Имеются предварительные и действующие соглашения о закупке оборудования и поставках режущего инструмента из быстрорежущей стали с многослойным покрытием с (Тольятти) и заводом «Салют» (Москва), МИЗ (Москва), КНААПО (Комсомольск на Амуре).[14]

В Томском Государственном Техническом Университете
разработаны технология и установка ВМН-5 “Квант” для нанесения на поверхность изделия нанокристаллических структур высоковакуумными магнетронами с одновременной бомбардировкой высокоэнергичными газовыми ионами.
Технология и оборудование позволяют получать износостойкие защитные нанокристаллические покрытия на большую площадь материала без дополнительной последующей обработки в целях многократного повышения эксплуатационных характеристик инструмента, материалов и изделий.

С помощью этих методов можно получить:
· Нанесение сверхтвердых (35–60ГПа), износостойких, коррозионно-стойких, антифрикционных покрытий толщиной до 20 мкм с размером кристаллита от 1 до 20 нм на режущий инструмент, штампы, пресс-формы, рабочую поверхность деталей машин.
· Увеличение в 1,5 – 4 раза срока службы упрочненного инструмента в зависимости от условий работы и материала.
· Повышение скорости механической обработки, а также возможность обработки в отсутствие смазочно-охлаждающих жидкостей.
Повышение ресурса работы и придание новых эксплуатационных качеств металлообрабатывающего инструмента, рабочих деталей машин и ответственных металлоконструкций.[13]

Фирма «Kennametal» (США) выпускает твердосплавные пластины КС850 со специальным многослойным покрытием, которое имеет повышенную стойкость к скалыванию, наростообразованию и  кратерному износу даже  при тяжелых режимах резания, что позволяет повысить скорость обработки и увеличить подачу.[12]